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Regelungsvorrichtung für Kraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf Regelungsvorrichtungen für Kraftmaschinen, bei denen die Gefahr einer plötzlichen
Entlastung der Maschine vorliegt oder bei denen es erwünscht ist, einer plötzlichen
starken Erhdhung .der Belastung Rechnung tragen zu können. Eine derartige Kraftmaschine
ist beispielsweise ein Turbogenerator, dessen Turbine plötzlich ihre Belastung verlieren
kann, falls der Unterbrecher des Generators aus irgendeiner Ursache den Generator
von dem Netz abschaltet, an welches der Generator seine elektrische Energie abgibt.
Da das Dampfzuführungsventil bei einer derartigen plötzlichen Entlastung der Turbine
offen ist, wird sich die-durch den stets zugeführtenDampf in derMaschine erzeugteEnergie
in eine gesteigerte Bewegungsenergie der umlaufenden Teile umwandeln, so daß die
Drehzahl der Maschine schnell auf einen Höchstwert steigt, um dann wieder langsam
abzunehmen indem- Maße, wie der Drehzahlregler der Maschine das Dampfzuführungsventil
in die Leerlauflage einstellt. Diejenige Drehzahl, auf welcher die Maschine schließlich
beharrt, ist höher als die Drehzahl, die die Maschine vor der Abschaltung hatte.
Die somit erfolgte Änderung der Drehzahl entspricht dem Ungleichförmigkeitsgrad
des Reglers.
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Die augenblickliche Erhöhung der Drehzahl, die bei der Abschaltung
eintritt, .kann bisweilen so groß werden, daß der beim Durchgehen der Maschine wirksame
Regler in Wirkung tritt und die Maschine abstellt. Dies bedeutet einen großen Nachteil,
da es meistens ziemlich lange dauert, ehe die
Maschine auf das Netz
wieder eingeregelt werden kann. Diese Verzögerung kann eine entsprechend lange Betriebsunterbrechung
[bei den Kraftverbrauchern verursachen.
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Der Zweck der Erfindung ist es, zu verhindern, daß die Turbine in
derartigen Betriebsfällen ab-,gestellt wird, d. h. zu verhindern, daß die Drehzahl
in solchem Maße zunimmt, daß der beim Durchgehen wirkende Regler ;in Wirkung tritt
und ein Abstellen der Maschine verursacht. Da die Maschine also der Erfindung gemäß
in Gang bleibt, kann sie schnell wieder auf die Phase des Netzes eingeregelt und
belastet werden. Die Kraftverbraucher brauchen deshalb dem Übelstand längerer Betriebsunterbrechungen
nicht ausgesetzt zu;werden.
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Die Erfindung zeichnet sich .im wesentlichen dadurch aus, daß eine
zu der Regelungsvorrichtung gehörige Drehzahlverstellvorrichtungdoppelte Steurungsmittel
aufweist, und zwar einerseits eine für die normale Verstellung der Drehzahl wirkende,
von Hand oder durch Motor angetriebene Steurungsvorrichtung und andererseits eine
bei plötzlicher Herabsetzung oder plötzlicher Zunahme der Belastung selbsttätig
in Wirkung tretende Steurungsvorrichtung zur Bewirkung einer schnellen Drosselung
(etwa Unterbrechung) bzw. einer schnellen Vergrößerung der Treibmittelzufuhr zur
Maschine.
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In der Zeichnung stellt .als Ausführungsbeispiel Fig. i einen im wesentlichen
schematischen senkrechten Schnitt einer Regelungsvorrichtung gemäß der Erfindung,dar;
Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Schnitt einer Abänderung; Fig.3 zeigt Kennlinien der
Drehzahländerung mit und ohne Verwendung des Erfindungsgegenstandes.
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Es bezeichnet in Fig. i die Bezugsziffer i eine Schnecke auf der Welle
der nicht dargestellten Maschine, z. B. eines Turbogenerators, und 2 ist ein mit
der Schnecke im Eingriff stehendes Schneckenrad. Das Schneckenrad sitzt fest auf
dem hülsenähnlichen Träger 3 des Gehäuses 4 eines Zentrifugalreglers, der zur Überwachung
der Drehzahl der Maschine dient. Die Pendelgewichte 5 im Innern des Gehäuses 4 wirken
auf die durch die Hülse 3 frei hindurchgehende Spindel 6 .des Reglerschiebers 7.
Der letztere verschiebt sich und dreht sich im Innern eines als ein verschiebbares,
nicht aber drehbares Gehäuse ausgebildeten Rückstellungsschiebers B. Die beiden
Schieber 7 und 8 überwachen gemeinsam die Verbindung zwischen einerseits den Ölzuleitungen
9 bzw. einem durch den untersten Teil des Schiebers 8 gebildeten Auslaß und andererseits
einer Verbindungsleitung io, die zum Zylinder i i eines zur Steuerung des Dampfzuführungsventils
12 der Maschine (Turbine) dienenden Servomotors führt. Die Verbindung zwischen dem
Kolben .des Servomotors und dem Ventilkörper 12 besteht im wesentlichen aus einem
Winkelhebel 13, der um einen feststehenden Punkt schwenkbar und durch Lenkstangen
mit dem Servomotorkolben bzw. dem. Ventilkörper verbunden -ist. Zwischen dem Winikethebel
13 und dem Rückstellungsschieber 8 besteht eine Rückstellungsverbindung, deren Hauptteil
ein Schwinghebel 14 ist, ,der durch entsprechende Lenkstangen od. dgl. mit dem Winkelhebel
13 und dem Schieber 8 in Verbindung steht. Der Lagerungszapfen 15 des Schwinghebels
14 ist in senkrechter Richtung verschiebbar, um eine Verstellung der Drehzahl bewirken
zu können. Eine Senkung des Zapfens bewirkt in der dargestellten Ausführung ein
Herabschwenken .des linken Endes des Hebels, während das rechte Ende stillsteht"da
es mit dem durch den Servomotor gesteuerten System verbunden ist. Beim Herabschwenken
des linken Endes des Schwinghebels verschiebt sich der. Rückstellungsschieber 8
nach unten, was zur Folge hat, @daß dem Servomotorzylinder i i Drucköl zugeführt
wird, so daß der Kolben des Servomotors nach rechts verschoben wird und ein größeres
Öffnen .des Ventils 12 bewirkt. Wenn; dagegen der Zapfen 15 gehoben wird, :dann
hebt sich das linke Ende des Schwinghebels, wodurch der Schieber 8 aufwärts verschoben
wird und die Leitung io mit dem unteren, als Auslaß dienenden Teil des Schiebers
,8 in Verbindung setzt. Der Kolben des Servomotors i i verschiebt sich dabei nach
links unter der Wirkung seiner Federbelastung und bewirkt eine Drosselung des Dampfzutrittes.
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Der Zapfen 15 des Schwinghebels. 14 ist zwecks Erzielung seiner Auf-
und Abwärtsverschiebung in einem kolbenähnlichen Gleitkörper 16 gelagert, der sich
im Zylinder 17 auf und ab bewegen kann. Im oberen Teil .des Kolbens 16 ist das untere
Ende einer Spindel 18 drehbar gelagert. Der mittlere, mit Schraubengewinde verseheneTeil
ig der Spindel 18 greift in die Mutter 2o ein, die in einer oberen Kammer 2i des
Zylinders 17 verschiebbar gelagert ist. Die Spindel 18 ragt außerhalb des Deckels
des Zylinders 17 und trägt am oberen Ende ein Handrad 22. Der Kolben 16 ruht auf
einer unten im Zylinder 17 gelagerten Schraubenfeder 23, die bestrebt ist, den Kolben,16
nach oben zu verschieben. Für gewöhnlich ruht die Mutter 2o auf der den Boden der
Kammer 21 dargestellten Zwischenwand 24 des Zylinders 17 und wird ,in dieser Lage
durch ein Sperrglied 25 gehalten. In der dargestellten Ausführung besteht das Sperrglied
25 aus einem Segment des Lagerungszapfens eines Hebels 26, dessen äußeres Ende mit
dem auf und ab beweglichen Anker eines Elektromagneten 27 verbunden ist. Es sei
angenommen, daß der Elektromagnet für gewöhnlich erregt ist und in erregtem Zustand
das Sperrglied 25 in wirksamer Lage hält. Selbstverständlich kann die Anordnung
auch .derart sein, d.aß .der Elektromagnet fürgewöhnlich, d. h. in der wirksamen
Lage des Gliedes 25, stromlos ist. Der Stromkreis des Elektromagneten wird vorzugsweise
durch die zur Erzielung,der Ein- und Ausschaltung der Belastung der Maschine dienenden
Mittel gesteuert. In dem angenommenen Fall, da die Maschine aus einem Turbogenerator
besteht, wird der Stromkreis des Elektromagneten somit durch den Unterbrecher des
Turbogenerators überwacht, und
zwar so, daß der Elektromagnet in
demselben Augenblick erregt wird, in dem die Maschine von dem Netz abgeschaltet
wird.
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Solange die Mutter durch das .Sperrglied 25 in der -dargestellten
Lage gesperrt gehalten bleibt, erfolgt die Einstellung des Zapfens 15 des Schwinghebels
16 durch Drehung des Handrades 22. Wenn aber aus irgendeiner Ursache die Maschine
plötzlich entlastet wird, wie z. B. dadurch, daß sie vom Netz abgeschaltet wird,
erhält der Elektromagnet Strom, zieht seinen Anker an und eritrieäelt die Mutter
2o. In demselben. Augenblick verschiebt die Feder 2@3 den Kolben 16 mit dem Zapfen
15 und der Spindel 18 nebst der Mutter 2o aufwärts soweit wie möglich, d. h. im
dargestellten Fall bis die Mutter 2o auf den Deckel des Zylinders 17 auftrifft.
Hierdurch bewirkt .der Schwinghebel 14 eine entsprechend schnelle Aufwärtsverschiebung
des Schiebers 8, so daß der Servomotor i i mit dem Auslaß in; Verbindung gesetzt
wird und den Dampfzutritt zur Turbine durch Schließen des Ventils 12 unterbricht.
Die Maschine wird somit abgestellt, ehe sie eine gesteigerte Drehzahl angenommen
hat. Eine Inbetriebsetzung der Maschinen und Ein, regelun.g .derselben auf .die
Phase des Netzes kann dann unmittelbar nach erfolgtem Wiedereinschalten der Belastung
bewirkt werden.
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Fig. 2 stellt eine Abänderung der Drehzahlverstellvorrichtung dar,
die dann in Betracht kommt, wenn man mit unveränderter Ausführung des Drehzahlreglers
die Einschaltung einer großen Belastung schnell zu bewirken, wünscht. In diesem
Fall wirkt die Feder 23 .auf das obere Ende des Kolbens 16, und das Sperrglied 25
hält die verschiebbar gelagerte Mutter 20 in ihrer oberen Endlage in der Kammer
21. Es sei angenommen, daß der Magnet 27 bei der betreffenden starken Erhöhung der
Belastung erregt bzw. stromlos wird und dabei den Hebel 26 derart schwenkt,
daß das-Sperrglied 25 die Mutter 20 freigibt. Die Feder 23 kann da den Kolben 16
nebst der Steuerspindel 18 und Mutter zo abwärts verschieben, und zwar so weit,
wie die Verhältnisse es zulassen. Der Rückstellungsschieber 8 wird hierdurch in
eine entsprechende untere Lage eingestellt und bewirkt eine Zuführung von Drucköl
nach dem Servomotor i i, die genügend ist, um ein der größeren Belastung entsprechendes
Öffnen des Ventils 12 hervorzurufen.
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Durch eine Kombination dieser Anordnung mit derjenigen der Fig..i
wird dafür gesorgt, daß eine schnelle Verstellung des Dampfzutrittes sowohl bei
einer plötzlichen starken Herabsetzung der Belastung als auch bei einer plötzlichen
starken Erhöhung der Belastung erfolgt.
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In Fig. 3 bezeichnet a die Kennlinie .der Änderung der Drehzahl bei
einer starken Belastungsänderung, wenn die erfindungsgemäße Einrichtung vorhanden
ist, während b die Kennlinie der Änderung der Drehzahl bei einer ähnlichen Belastungsänderung
ohne diese Einrichtung erkennen läßt. Es bezeichnet N die Drehzahl und
T die Zeit.